粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，包括主體，所述主體的頂部連接有上接頭、底部安裝有多個(gè)噴嘴和多個(gè)巖屑清理體，所述噴嘴和所述巖屑清理體均為圓柱體，所述巖屑清理體與所述主體的底面垂直設(shè)置，多個(gè)所述噴嘴分別通過相對(duì)于所述主體的軸線傾斜不同角度的螺孔安裝在所述主體上，每個(gè)所述噴嘴內(nèi)均設(shè)置有與該噴嘴自身軸線成預(yù)設(shè)角度的流道，所述噴嘴的端部還設(shè)置有用于調(diào)整所述噴嘴內(nèi)流道與所述主體的軸線的夾角的打鉗位。本發(fā)明中的粒子沖擊鉆井實(shí)驗(yàn)用鉆頭能夠用于研究粒子沖擊鉆井技術(shù)中鉆頭的性能。
【專利說明】粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆探設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)對(duì)油氣資源的需求量的不斷增加，在深部硬地層以及復(fù)雜地質(zhì)條件下尋求油氣資源是目前油田勘探開發(fā)的重點(diǎn)方向。提高硬地層鉆井速度是目前面臨的技術(shù)難題之一，而影響硬地層鉆井速度的主要因素有巖石硬度大、研磨性強(qiáng)、可鉆性差、較大的井斜等，導(dǎo)致在硬地層鉆井過程中出現(xiàn)鉆井速度低、鉆井周期長(zhǎng)、成本過高等問題，制約著深井和超深井的鉆井速度和油田勘探開發(fā)的整體效益。
[0003]2002 年美國(guó)的 PDTI 公司 Curlett H.B.、Sharp D.P 和 Gregory Μ.Α.等人受到射彈沖擊破巖思想的啟發(fā)，將其應(yīng)用在鉆井工程領(lǐng)域，采用鉆井泥漿的水力能量作為驅(qū)動(dòng)力，用高速硬質(zhì)球形鋼粒子模擬射彈來破碎堅(jiān)硬的巖石，并通過鉆井液攜帶循環(huán)，提出了粒子沖擊鉆井(Particle Impact Drilling,簡(jiǎn)稱PID)技術(shù)的新概念。而粒子沖擊鉆頭是隨著粒子沖擊鉆井技術(shù)的提出而發(fā)展起來的一類新型鉆井用破巖工具，在硬質(zhì)地層和耐磨性強(qiáng)的地層鉆井中具有快速高效的破巖性能，主要表現(xiàn)在改變了常規(guī)鉆頭的內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)，依靠高壓鉆井液沖擊、金屬鋼粒子高速射流和保徑齒、切削齒的機(jī)械作用來破巖，鉆井速度快，鉆壓低，排削順暢等。
[0004]粒子沖擊鉆井是以高速球形硬質(zhì)鋼粒子沖擊破巖為主，聯(lián)合高速水利破巖和機(jī)械牙齒破巖為輔的一種新的鉆井破巖方法，可用于鉆探某些特殊巖層段，特別是因抗壓強(qiáng)度而造成鉆速下降的硬地層。該鉆井方式改變了切削地層的方法，提高了能量的利用率。對(duì)于極硬的巖層，鋼彈的破巖比功要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)械牙齒的破巖比功，產(chǎn)生的局部瞬時(shí)脈沖應(yīng)力峰值極高，足以破碎和侵徹極堅(jiān)硬的巖石。需要的鉆壓和扭矩較常規(guī)鉆井要小的多，大大減小了鉆柱和鉆具的疲勞破壞(鉆硬地層是常見的失效形式)概率，鉆頭磨損非常小，較少了井下事故引發(fā)的起下鉆作業(yè)次數(shù)，縮短了鉆井周期，降低了鉆井成本。
[0005]粒子沖擊鉆井鉆頭的破巖方式是利用高壓鉆井液沖擊、硬質(zhì)鋼粒子撞擊和鉆頭切削齒、保徑齒的機(jī)械作用等聯(lián)合破巖。首先，通過高速硬質(zhì)鋼粒子沖擊破巖，形成體積破碎坑，在多個(gè)噴嘴的綜合作用下形成巖石環(huán)脊，巖石環(huán)脊釋放了原有的內(nèi)應(yīng)力，形成疏松狀。然后在保徑齒和切削齒的機(jī)械作用下破碎，形成巖肩。最后巖肩在高壓鉆井液的沖擊作用下，隨鉆井液一起返回地面。以此方式，完成整個(gè)破巖過程。
[0006]由于目前粒子沖擊鉆井技術(shù)還處在比較初級(jí)的發(fā)展階段，不夠成熟，直接使用成品鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)成本太高，因此亟需一種用于研宄粒子沖擊鉆井技術(shù)中鉆頭的性能的粒子沖擊鉆井實(shí)驗(yàn)用鉆頭，以對(duì)合理粒子噴射角度、噴射位置的試驗(yàn)研宄，為粒子沖擊鉆井的實(shí)現(xiàn)提供可靠的試驗(yàn)參數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種能夠用于研宄粒子沖擊鉆井技術(shù)中鉆頭的性能的粒子沖擊鉆井實(shí)驗(yàn)用鉆頭。
[0008]因此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，包括主體，所述主體的頂部連接有上接頭、底部安裝有多個(gè)噴嘴和多個(gè)巖肩清理體，所述噴嘴和所述巖肩清理體均為圓柱體，所述巖肩清理體與所述主體的底面垂直設(shè)置，多個(gè)所述噴嘴分別通過相對(duì)于所述主體的軸線傾斜不同角度的螺孔安裝在所述主體上，每個(gè)所述噴嘴內(nèi)均設(shè)置有與該噴嘴自身軸線成預(yù)設(shè)角度的流道，所述噴嘴的端部還設(shè)置有用于調(diào)整所述噴嘴內(nèi)流道與所述主體的軸線的夾角的打鉗位。
[0010]所述主體包括通過螺栓連接的鉆頭主體和切削鉆頭體，切削鉆頭體通過凹頭螺栓連接于連接鉆頭主體上，對(duì)于試驗(yàn)中老化、損壞的切削鉆頭體可以進(jìn)行方便的更換，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)效率，并可改變切削鉆頭體上噴嘴的位置，達(dá)到測(cè)試不同的噴嘴位置對(duì)破巖效率的影響。
[0011]其中，所述噴嘴的數(shù)量可以為三個(gè)，所述巖肩清理體的數(shù)量可以為兩個(gè)。
[0012]本發(fā)明中的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，通過選擇噴嘴的規(guī)格以及通過打鉗位在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴并周向定位，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的流道尺寸、噴射角度、噴射位置等參數(shù)的研宄，為粒子沖擊鉆頭的研宄提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成本低，效率高；巖肩清理體通過焊接的方式連接于切削鉆頭體上，巖肩清理體的旋轉(zhuǎn)軌跡完全覆蓋噴嘴的軌跡，可以清理在噴嘴軌跡上的巖肩，達(dá)到保護(hù)噴嘴的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是圖1中粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭的噴嘴的剖視圖；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭中噴嘴端部的打鉗位的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0017]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，包括主體1，所述主體1的頂部連接有上接頭2、底部安裝有多個(gè)噴嘴3和多個(gè)巖肩清理體4，所述噴嘴3和所述巖肩清理體4均為圓柱體，所述巖肩清理體4與所述主體1的底面垂直設(shè)置，多個(gè)所述噴嘴3分別通過相對(duì)于所述主體1的軸線傾斜不同角度的螺孔安裝在所述主體1上，每個(gè)所述噴嘴3內(nèi)均設(shè)置有與該噴嘴3自身軸線成預(yù)設(shè)角度的流道31，所述噴嘴3的端部還設(shè)置有用于調(diào)整所述噴嘴3內(nèi)流道與所述主體1的軸線的夾角的打鉗位5。
[0018]所述主體包括通過螺栓連接的鉆頭主體11和切削鉆頭體12，切削鉆頭體12通過凹頭螺栓連接于連接鉆頭主體11上，對(duì)于試驗(yàn)中老化、損壞的切削鉆頭體12可以進(jìn)行方便的更換，降低實(shí)驗(yàn)成本，提高實(shí)驗(yàn)效率，并可改變切削鉆頭體12上噴嘴3的位置，達(dá)到測(cè)試不同的噴嘴位置對(duì)破巖效率的影響。
[0019]其中，所述噴嘴3的數(shù)量可以為三個(gè)，所述巖肩清理體4的數(shù)量可以為兩個(gè)。
[0020]本發(fā)明中的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，通過選擇噴嘴3的規(guī)格以及通過打鉗位5在360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴3并周向定位，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的流道尺寸、噴射角度、噴射位置等參數(shù)的研宄，為粒子沖擊鉆頭的研宄提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，成本低，效率高；巖肩清理體4通過焊接的方式連接于切削鉆頭體12上，巖肩清理體4的旋轉(zhuǎn)軌跡完全覆蓋噴嘴3的軌跡，可以清理在噴嘴3軌跡上的巖肩，達(dá)到保護(hù)噴嘴3的作用。
[0021]綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在上述的實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在本發(fā)明的技術(shù)指導(dǎo)思想之內(nèi)提出其他的實(shí)施例，但這種實(shí)施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，其特征在于，包括主體(1),所述主體(1)的頂部連接有上接頭(2^底部安裝有多個(gè)噴嘴(3)和多個(gè)巖肩清理體(4),所述噴嘴(3)和所述巖肩清理體(4)均為圓柱體，所述巖肩清理體(4)與所述主體(1)的底面垂直設(shè)置，多個(gè)所述噴嘴(3)分別通過相對(duì)于所述主體(1)的軸線傾斜不同角度的螺孔安裝在所述主體(1)上，每個(gè)所述噴嘴(3)內(nèi)均設(shè)置有與該噴嘴(3)自身軸線成預(yù)設(shè)角度的流道(31),所述噴嘴(3)的端部還設(shè)置有用于調(diào)整所述噴嘴(3)內(nèi)流道與所述主體(1)的軸線的夾角的打鉗位(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，其特征在于，所述噴嘴的數(shù)量為三個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，其特征在于，所述主體包括通過螺栓連接的鉆頭主體(11)和切削鉆頭體(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的粒子沖擊井試驗(yàn)用鉆頭，其特征在于，所述巖肩清理體(4)的數(shù)量為兩個(gè)。
【文檔編號(hào)】E21B10/36GK104481406SQ201410532857
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】任福深, 付勝利, 王學(xué)義, 徐敏, 郭菲 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司